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새로운 방법의 공간 전사체 기술 개발: 비전에서 실제 연구 발전

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로마 EMBL의 연구용 슬라이드 스캐너

Nature는 공간 전사체 기술을 2020년 올해의 기술(Method of the Year in 2020)로 선정하여 이 기술이 건강을 결정하는 복잡한 유전적 관계를 이해하는 데 크게 기여하고 있음을 인정했습니다. 현재, 공간 전사체 기술은 다양한 질병에 대한 이해를 높이는 데 지속적으로 도움을 주고 있습니다. 특히 암 연구 분야는 공간 전사체를 매우 유용하게 활용하고 있습니다. 연구자들은 공간 전사체를 통해 암 발달의 기저 기전을 이해하고 특정 치료법이 종양 세포의 유전자 발현에 주는 영향을 알아볼 수 있었습니다.

이 기술의 핵심적 부분은 조직 샘플에서 유전자 발현을 시각화하는 형광 스캔입니다. 그러나 형광 현미경 검사는 현재 광학 기술, 처리량 그리고 현미경 시스템의 복잡성 때문에 제약을 받고 있습니다. 전 세계의 핵심 현미경 시설은 현재와 미래의 연구자들이 가진 요구 사항과 보조를 맞추기 위해 자동화 및 처리량을 향상하고 기기를 단순화하여 이미지 품질을 저해하지 않으면서 분석 효율성을 높이고자 합니다.

Evident는 최근 로마 EMBL에서 현미경 검사 부문 책임자로 일하는 Alvaro Crevenna 박사와 공간 전사체 분야에서 개발된 새로운 방법에 관한 인터뷰를 가졌습니다. 그는 Evident의 SLIDEVIEW™ VS200 연구용 슬라이드 스캐너가 기술 개발 및 처리량 향상 그리고 현재 형광 스캔 기능의 확장에 필수적인 이유를 설명했습니다.
 

대량의 조직 샘플 처리

“이곳에서 이미징 요구 사항의 핵심은 조직 이미징입니다.” — Alvaro Crevenna 박사, 로마 EMBL 현미경 검사 부문 책임자

로마 EMBL의 현미경 검사 부문 책임자인 Alvaro Crevenna 박사는 작업자들의 샘플 이미징을 지원하는 시설을 이끌고 있습니다. 이 시설은 후생유전학 및 신경과학이라는 두 가지 연구 주제에 중점을 둡니다. 두 주제 모두 생쥐를 사용하여 연구합니다. 조직 이미징은 시설에 반드시 필요한 기술이며, 고정 조직이 샘플의 99%를 차지합니다. Alvaro 박사가 2019년 합류했을 때, 이 시설에는 세 가지 기기가 있었지만 이 중 어느 것도 조직 이미징에 적합하지 않았습니다. 그래서 연구원들은 샘플 처리에 과도한 시간을 사용하고 있었습니다.

특히 신경생물학 연구원들이 그랬습니다. 신경과학 연구에서 뇌의 작용을 이해하려면 신경 활동을 시각화하는 작업이 필수적입니다. 연구원들은 일련의 행동과 작업 수행 중의 신경 활동을 모니터링하고 기록하기 위해 미니 스코프나 2광자 스코프를 사용하는 경우가 많습니다. 실험 후 진행해야 하는 첫 단계는 뇌의 절편을 만들어 바이러스가 제대로 주입되었는지 확인하는 것입니다. 그러나 후속 고해상도 스캔을 위해 이미징이 필요한 영역을 수작업으로 찾고 관심 영역(ROI)을 선택하는 데 오랜 시간이 소요됐습니다.

따라서, 연구원들에게는 더 효율적이고 정확한 방식으로 ROI를 찾을 수 있는 방법과 대량의 조직 샘플을 처리하기 위해 설계된 시스템이 필요했습니다.
 

조직 이미징 자동화의 필요성

Alvaro 박사는 현미경 검사 시설을 위한 최적의 슬라이드 이미징 시스템을 찾기 위해 여러 장비를 사용해 보고 고민했습니다. 그 중에는 Evident의 VS200 연구용 슬라이드 스캐너도 있었습니다.

자동 조직 이미징을 위한 형광 슬라이드 스캐너

로마 EMBL의 VS200 연구용 슬라이드 스캐너.

놀라운 유연성을 통해 개요 생성과 형광 스캔을 동시에 지원하는 VS200 스캐너가 선택되었습니다. 또한, 소프트웨어의 AI 지원 조직 감지 알고리즘 덕분에 조직 스캔과 ROI 감지 작업이 간소화되어 시간과 노력을 절약할 수 있었습니다. Alvaro 박사가 말한 대로, 이러한 두 가지 장점이 EMBL 현미경 검사 시설의 결정에 영향을 준 주요 요인이었습니다.

“Evident의 VS200 연구용 슬라이드 스캐너가 제공하는 아주 매력적인 장점 중 하나는 형광을 사용하여 대략적 이미지 촬영을 수행할 수 있다는 것입니다.” — Alvaro Crevenna 박사, 로마 EMBL 현미경 검사 부문 책임자

자동 이미지 처리 기능뿐만 아니라, VS200 스캐너는 다른 많은 유사한 모델보다 더 큰 용량과 처리량을 제공합니다. Alvaro 박사는 연구원들이 하룻밤 사이 처리를 실행하여 10배 더 많은 작업을 수행할 수 있다는 것을 알게 되었습니다. 이를 통해 연구원들은 근무일 동안 수작업 슬라이드 처리에 사용했던 여러 시간을 절약할 수 있었습니다. VS200 스캐너는 또한 탁월한 이미지 품질과 광학 기술을 제공하며 놀라울 정도로 사용하기 쉽습니다. Alvaro 박사는 이렇게 말했습니다. “일반적으로 40분의 교육 세션을 진행하면 사람들은 혼자 힘으로 스캐너를 사용할 수 있게 됩니다.” 모든 숙련도의 사용자가 단시간 내에 시스템을 자신 있게 사용할 수 있게 되면 장비 접근성이 향상될 뿐만 아니라 이미징 시설의 교육 부담도 감소하므로 이 점은 중요한 장점입니다.

이러한 특징은 EMBL에서 Alvaro 박사가 수행하는 업무에도 중요했습니다. EMBL에서는 공간 전사체의 제자리 시퀀싱(in situ sequencing)의 구현을 포함하여 혁신적인 기술들을 개발 중이었습니다. VS200 스캐너는 EMBL이 쉽고 효율적으로 목표를 달성하도록 돕는, EMBL의 향후 연구에 필수적인 도구가 될 것입니다.
 

공간 전사체 기술의 경계 확장

공간 전사체 기술은 한 곳에서 유전자 발현 패턴의 시각화를 가능하게 하여 조직 내 세포 다양성과 구성에 관한 유용한 정보를 제공하는 강력한 기술입니다. 관찰 가능한 채널의 수 때문에 이 기술이 단일 조직 세그먼트에서 더 많은 수의 유전자를 조사할 수 있는 역량이 제한되는 경우가 많습니다.

로마 EMBL에서 일하는 Alvaro 박사의 팀은 특히 신경과학 및 후생유전학 연구에서 공간 전사체 기술의 역량을 향상해야 할 필요성을 느꼈습니다. 이러한 필요성을 충족하기 위해 이 시설은 시각화 가능한 파장의 수를 확장하고 자동 분석 파이프라인을 개발하여 데이터 처리 효율성을 높이고자 합니다.

생쥐 뇌 절편의 RNA 분자를 촬영한 형광 이미지

공간 전사체 기술은 세 가지 별개의 형광 채널(DAPI, Cy3 및 Cy5)을 사용하여 생쥐 뇌의 관상 절편 내 RNA 분자를 보여줍니다.

지금까지 현미경이 시각화할 수 있는 파장의 수는 5개로 제한되었습니다. 그러나 VS200 스캐너는 멀티플렉싱 및 여러 관찰 방법의 조합을 활용하므로 안정적으로 시각화 가능한 파장의 수를 늘릴 수 있는 최고급 기기입니다. 따라서 연구원들은 조직 내에서 더 많은 유전자의 활동을 관찰하여 이미징 주기의 수를 줄이고 결과의 품질과 정확도를 높일 수 있습니다.

Alvaro 박사는 Evident와의 협력을 통해 채널 수를 더 확장할 수 있는 멀티플렉싱의 잠재력을 모색할 계획입니다. 이들은 현재까지 최대 11개의 채널을 시각화할 수 있는 시스템을 설계했으며, 이를 통해 조직 내 유전자 발현 패턴에 대한 더 상세한 인사이트를 얻을 수 있습니다. 이 협력이 계속 진행되면 이러한 채널 수를 더 늘릴 수 있을 것으로 보입니다.

이 시설은 다른 사람도 연구에 접근할 수 있도록 하기 위해 자동 분석 파이프라인을 개발 중입니다. 이러한 파이프라인은 데이터 처리를 간소화하므로 연구원들은 빠르고 효율적인 방식으로 결과를 분석할 수 있을 것입니다. 이뿐만 아니라, Alvaro 박사는 데이터 품질을 더욱 향상하기 위해 기본 컴퓨팅 초고해상도 체계 확립에 관해 연구하고 있습니다.

“우리 시설은 다른 사람도 채택할 수 있는 방법으로 업무를 수행해야 한다고 생각합니다. 우리는 이미 Evident와 스펙트럼 언믹싱을 위한 새 알고리즘의 구현에 대해 논의 중입니다. 그 목표는 이러한 종류의 연구를 수행하는 누구나 이러한 알고리즘을 사용할 수 있게 하는 것입니다.”

로마 EMBL은 멀티플렉싱 및 자동 분석 파이프라인을 통해 공간 전사체 기술의 경계를 확장함으로써 신경과학과 후생유전학 분야를 발전시키고 있습니다. 또한, 연구원들이 조직 내 유전자 발현 패턴에 대한 심층적 인사이트를 얻을 수 있도록 필요한 도구를 제공하고 있습니다.
 

미래의 비전

로마 EMBL은 향후 VS200 스캐너 사용 방식에 대한 분명한 비전을 갖고 있습니다. 이 스캐너는 공간 전사체 서비스 플랫폼 개발에 있어 중심적 역할을 수행할 것입니다. 로마 EMBL은 단일 샘플을 자동화하는 대신 샘플 준비 프로세스를 병렬화할 계획입니다. 이를 통해 VS200 스캐너의 슬라이드 처리량을 높일 수 있습니다. 그리고 로마 EMBL은 높은 수준의 정확도와 정밀도를 유지하면서 실험 효율성을 향상할 수 있을 것입니다. 로마 EMBL은 이러한 방식으로 VS200 스캐너를 사용하여 전 세계 연구자들에게 고품질 공간 전사체 데이터를 제공할 수 있는 플랫폼을 구축한다는 목표를 달성할 수 있기를 희망하고 있습니다.
 

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Territory Manager, Life Science

As territory manager for Evident’s Life Science Center, Italy, for over four years, Gianluca Franco is a skilled specialist with a strong understanding of optical microscopes and analysis techniques. His interest in this field began during university while working on fluorescence microscopy for his master’s thesis in bioengineering and biomedical engineering, and it has persisted ever since. Gianluca provides outstanding support to the team for microscope sales by delivering demonstrations and presentations of advanced imaging systems. He provides support for the growth of the optical microscopy business by identifying and developing new business opportunities.

2024년5월14일
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